基于Android的多用戶位置共享及實時通信系統(tǒng)

彭藝蕾　王莉莉　孫紅濤　祁正龍　高放

摘要：為了給用戶生活中實時交流、出行、集會等方面提供便利，本文針對移動互聯(lián)網(wǎng)通信中多用戶如何位置共享及實時通信的問題，詳細闡述了一個性能較好、可行度較高的設(shè)計方案并給出了相關(guān)系統(tǒng)的具體開發(fā)和實現(xiàn)方法。本系統(tǒng)基于Android系統(tǒng)，采用了高德地圖、網(wǎng)易云信的SDK和API及RSA加密技術(shù)，實現(xiàn)了多用戶定位、導航、實時通信等功能并保證了交互過程的安全性，為其他有關(guān)地圖或通信的Android系統(tǒng)設(shè)計提供了參考。

關(guān)鍵詞：Andmid；定位；導航；實時通信；加密

0引用

隨著社會的飛速發(fā)展，人們的生活水平在不斷提高的過程中，對信息和位置的實時I生與準確度有了更高的要求，手機即已成為滿足這一需求設(shè)計的重要載體。Android在Linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研發(fā)推出了一種可供高端拓展、且功能全面的嵌入式系統(tǒng)框架，憑借其通用、開源、免費的特點廣泛地應(yīng)用于移動設(shè)備，是目前位居先鋒時尚的主流手機平臺之一，各種Android APP也隨即應(yīng)運而生。本系統(tǒng)是一款基于Android的多用戶地理位置共享、信息實時系統(tǒng)，能為用戶在實時交流、出行、集會等多方面定制生成更多現(xiàn)實高效便利。同時，明確信息發(fā)送者的地理位置，能幫助用戶辨析信息的真實性；通過分析地理位置，也能增強信息的關(guān)聯(lián)性。

1系統(tǒng)架構(gòu)

1.1系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)按照C/S（Client/Server）的架構(gòu)模式，一端是基于Android系統(tǒng)開發(fā)的APP作為客戶端，另一端選用網(wǎng)易云信、高德地圖的服務(wù)器。服務(wù)器端采用并發(fā)型服務(wù)類型，即利用生成其他服務(wù)器的方法來處理客戶端的請求，其目的在于為多客戶端同時完善配備實時通信和在線地圖的服務(wù)?？蛻舳嗽贏ndroid Studio集成環(huán)境中使用Java、XML語言設(shè)計開發(fā)并支持調(diào)試，檢驗無誤則簽名打包生成后綴為.apk的文件，供Android移動設(shè)備使用。本次研發(fā)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可如圖1所示。

1.2系統(tǒng)功能模塊

本系統(tǒng)主要由客戶端、通信服務(wù)器、地圖服務(wù)器三大模塊組成。其中，客戶端的實際功能是為客戶與客戶之間、客戶與服務(wù)器之間的交互來構(gòu)建提取界面并對交互結(jié)果進行顯示。服務(wù)器端則是用于接收用戶請求，啟動一個新的服務(wù)器對接收到的請求進行分析處理并將結(jié)果返回給客戶端。具體來說，通信服務(wù)器的主要功能是接收發(fā)送端發(fā)送的消息對象并交付給其對應(yīng)的目的客戶端（一個消息對象的發(fā)送端和接收端可能為同一客戶端，如用戶向服務(wù)器發(fā)起登錄或注銷請求）；地圖服務(wù)器主要提供在線地圖并接收和響應(yīng)客戶端發(fā)起的定位或?qū)Ш秸埱蟆Ｏ到y(tǒng)中整體設(shè)計功能模塊如圖2所示。在此，也將針對每一模塊給出如下功能闡析。

1.2.1通信模塊

在通信模塊中，設(shè)計時需要調(diào)用通過手機接入互聯(lián)網(wǎng)即時發(fā)送和接收消息對象等業(yè)務(wù)，而在此過程中，消息的可靠性和即時性則呈現(xiàn)出特別的重要性。本系統(tǒng)采用了網(wǎng)易云信服務(wù)器動態(tài)智能DNS掉線快速重連機制消息重排、持續(xù)重連直至到達的傳送機制為可靠性和即時性提供保障。也就是，設(shè)計時通過調(diào)用網(wǎng)易云信的SDK和API，實現(xiàn)了用戶登錄注銷、信息發(fā)送與接收、群組聊天等功能，深入的探討論述可詳見本文第2節(jié)。

1.2.2地圖模塊

對于地圖的整體功能，Android系統(tǒng)中內(nèi)置的Google在線地圖的視圖組件（MapView）為Android移動終端設(shè)計與實現(xiàn)地圖服務(wù)提供了便捷靈活的開發(fā)平臺。但由于考慮到文化的差異和政策的限制，研發(fā)中選擇了國內(nèi)的地圖服務(wù)。本次系統(tǒng)利用LBS開放地理信息服務(wù)平臺、基于高德地圖的地理信息系統(tǒng)設(shè)計方法來提升地圖方面的需求開發(fā)等級，包括定位、搜索、導航、路徑規(guī)劃等，其具體實現(xiàn)則可參見本文第3節(jié)。

1.3系統(tǒng)SDK的集成及權(quán)限申明

SDK能為移動應(yīng)用設(shè)計生成完善的系統(tǒng)開發(fā)框架，屏蔽掉復(fù)雜細節(jié)，對外提供較為簡潔的API接口。在系統(tǒng)開發(fā)過程中引用了網(wǎng)易云信和高德地圖的SDK，在對2種SDK處理集成時，多處出現(xiàn)了jar包的沖突問題。研究中主要采用了如下2種方式解決jar包的沖突問題：

1）對實現(xiàn)各功能SDK分開下載、并組合后再集成的方式直接避免沖突的產(chǎn)生；

2）對于無法直接避免沖突的包，拆分比較其結(jié)構(gòu)后，去掉產(chǎn)生沖突的冗余部分，再合并打包。

Android系統(tǒng)基于Linux內(nèi)核運行，并以重點保障其系統(tǒng)安全性作為立足點，Google公司即專門設(shè)置了一套嚴格的安全權(quán)限機制。為避免應(yīng)用程序的錯誤運行和程序崩潰等問題，調(diào)試前就要在AndroidManifest.xml文件中對目標需求權(quán)限進行申明并對與uI界面直接關(guān)聯(lián)的Java文件正式予以注冊。本系統(tǒng)還要對集成后的SDK將用到的網(wǎng)絡(luò)連接、系統(tǒng)?；?、外置存儲等權(quán)限來設(shè)計給出確切聲明。

2實時信息功能具體實現(xiàn)

2.1登錄注銷

本系統(tǒng)將用戶賬號（ID）作為用戶唯一標識，提供了手動登錄和自動登錄兩種登錄模式。用戶在首次登錄或切換登錄賬號時，需要手動登錄。系統(tǒng)在獲取得到用戶輸入的賬號密碼后將其作為調(diào)用網(wǎng)易云信SDK中AuthService提供的login接口的參數(shù)向服務(wù)器發(fā)起主動登錄請求，服務(wù)器端校驗后返回登錄狀態(tài)碼，客戶端根據(jù)狀態(tài)碼進行相應(yīng)的操作，若登錄成功則直接跳轉(zhuǎn)到消息界面。對于已具登錄歷史且授權(quán)允許自動登錄的用戶，在初始化SDK時系統(tǒng)會自動將保存在本地的登錄信息傳人Loginlnfo，實現(xiàn)后臺的自動登錄。系統(tǒng)通過監(jiān)聽用戶登錄狀態(tài)的回調(diào)函數(shù)來判斷用戶是否登錄成功。

2.2信息發(fā)送與接收

在網(wǎng)易云信SDK中，消息對象均為IMMessage。IMMessage包括聊天對象ID、聊天類型、消息類型、消息內(nèi)容、消息附件對象等基本的可編輯項，該消息對象支持文本、圖片、地理位置等類型的消息傳送。系統(tǒng)接收到消息后將接收方的ID作為IMMessage對象的標識，通過MessageBuilder提供的接口創(chuàng)建消息對象，然后調(diào)用MsgService的sendMessage接口將消息發(fā)送出去。

JSON是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式。這是基于ECMAScript規(guī)范的—個子集，采用完全獨立于編程語言的文本格式來存儲和表示數(shù)據(jù)。JSON主要有以下優(yōu)點：數(shù)據(jù)格式比較簡單、易于讀寫、格式都是壓縮的、能夠明顯節(jié)約帶寬。發(fā)送消息時，本系統(tǒng)將所有的文本消息用content字符串來整合保存并高效發(fā)送；將圖片消息序列化為JSON格式字符串后則順次展開傳輸。

為了設(shè)計得到消息的自動接收功能，必須添加消息接收觀察者。系統(tǒng)的消息回調(diào)函數(shù)會在消息接收觀察者監(jiān)聽到新消息到達時，根據(jù)收到消息的類型產(chǎn)生不同的操作。對于文本或圖片類型的消息，系統(tǒng)會直接向用戶發(fā)出新消息通知并將消息加入到相應(yīng)聊天對象的消息列表中顯示。消息接收觀察者具有生命周期。對于一次消息會話，本系統(tǒng)在onCreate（）里對消息接收觀察者進行注冊，并在onDestroy（）中將其注銷。

2.3群聊

本系統(tǒng)通過向用戶提供群組功能來實現(xiàn)多人聊天。在群組聊天中，每個群組擁有唯一的ID并記錄其含有的成員。與一對一聊天相比不同的是，當用戶在向群組發(fā)送消息時，系統(tǒng)直接將消息對象的標識設(shè)置為群組ID后發(fā)送，而不會給群組中的每個成員都發(fā)送一次消息。同時，對于一個群的群組成員來說，以群組ID為標識的消息對象會無可選擇地由其消息接收觀察者來自動響應(yīng)接收。為了使用戶不致因群組消息而受到打擾，本系統(tǒng)還為用戶設(shè)定配備了群組消息提醒的開關(guān)功能。

3地圖功能設(shè)計實現(xiàn)

3.1地圖展現(xiàn)

地圖展現(xiàn)是地圖服務(wù)的基本設(shè)計功能?？蛻舳嗽诮尤牖ヂ?lián)網(wǎng)的條件下，能獲取到全球地圖，并能通過自由縮放比例尺來查看地理信息的詳略。本系統(tǒng)通過高德地圖的SDK初始化地圖變量AMap后，用Android系統(tǒng)中的MapView組件來展示地圖。高德地圖提供了標準地圖、夜景地圖、衛(wèi)星地圖三種地圖展現(xiàn)模式。根據(jù)用戶的選擇，系統(tǒng)通過對地圖控件的引用獲取AMap的變量實例，并對地圖類型給出有效設(shè)置。

3.2定位

高德地圖的定位服務(wù)包含GPS和網(wǎng)絡(luò)定位（Wi-Fi和基站定位）兩種能力，有高精度定位、低功耗定位、僅用設(shè)備定位三種模式。考慮到本系統(tǒng)對位置的準確性有較高要求，因此選用了GPS和網(wǎng)絡(luò)定位相結(jié)合的高精度定位模式進行定位。同時，為了最大限度保證位置的實時陛，系統(tǒng)采用了自動連續(xù)定位模式并設(shè)置默認更新速度為1 000ms/次。設(shè)計的操作過程具體如下：首先，在系統(tǒng)主線程中聲明一個AMapLocationClient類對象并傳人類型為context的對象作為參數(shù)；然后，創(chuàng)建一個AMapLocationClientOption對象，用來設(shè)置應(yīng)用定位模式和關(guān)聯(lián)參數(shù)；最后，創(chuàng)建一個AMapLocationListener接口類對象，作為定位結(jié)果返回時的監(jiān)聽器。

3.3導航

POI（Point of Interest）可稱為“導航地圖信息”，其中包含一個實際位置點的名稱、類別、經(jīng)緯度、周邊這4個方面的指示信息。中國開放的POI數(shù)據(jù)庫，是整個導航產(chǎn)業(yè)的基石。用戶可根據(jù)目的地名稱、類別等信息進行搜索，比如對于一個名稱為“XXX”、類型為餐館的POI，在用戶搜索的關(guān)鍵字為“XXX”或餐館時，都能搜索得到。用戶通過搜索能獲得對景點、大廈、地鐵站甚至衛(wèi)生間等建筑的準確查找。本系統(tǒng)的自定義標記能將所有搜索到的POI在地圖上分別形成標注，并在用戶根據(jù)實際情況選擇一個標記后，系統(tǒng)通過實現(xiàn)高德地圖導航SDK中的AMapNavi導航對外控制類來生成展示起點到目的點的路徑規(guī)劃，再通過調(diào)用該類的startNavi（int naviType）方法開啟實時導航。

3.4多用戶位置共享

在高德地圖定位SDK為用戶提供定位功能的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)實現(xiàn)了多用戶位置共享的功能。同時，本系統(tǒng)的群組功能也為群成員的多用戶位置共享設(shè)定了執(zhí)行基礎(chǔ)。群組功能下，群用戶在自身定位成功并發(fā)起位置共享后，系統(tǒng)會將用戶自身的POI格式化并通過網(wǎng)易云信SDK的創(chuàng)建地理位置消息類IMMessage消息對象后，將消息對象發(fā)送到群組中（消息對象的發(fā)送過程詳細操作見2.2節(jié)）：群組其他用戶的消息接收觀察者接收此類信息，經(jīng)過標準化處理后傳遞給高德地圖并調(diào)用其定位SDK來求得結(jié)果定位，得到結(jié)果后在地圖中添加POI進行標注。地理位置的發(fā)送過程和接收過程分別如圖3、圖4所示。

4其他功能實現(xiàn)

4.1自定義列表適配器

Java的適配器模式能把一個類的接口變換成客戶端需要的另一種接口，從而使曾因接口不匹配而無法一起工作的類能夠轉(zhuǎn)為一體協(xié)同合作。適配類根據(jù)參數(shù)返還一個合適的實例給客戶端。為增強UI界面的流暢性、美觀性，本系統(tǒng)另外自定義了繼承BaseAdapter的列表視圖適配器ListViewAdapter。該類的技術(shù)功能可設(shè)定為顯示用戶的歷史會話列表及用戶間消息的往來。

4.2數(shù)據(jù)加密傳輸

研究知道，網(wǎng)易云信服務(wù)器在進行數(shù)據(jù)傳輸和存儲時配備了私有的加密協(xié)議。為了進一步確保系統(tǒng)在通信過程中的安全性，本系統(tǒng)采用了RSA加密技術(shù)對通信中交互的數(shù)據(jù)進行加密處理。具體過程如下：發(fā)送方用自己的私鑰將簽名內(nèi)容加密，附加在信息后，再用接收方的公鑰將整個信息直接加密，而后將加密信息送給服務(wù)端；接收方收到加密信息后，先用自己的私鑰將加密信息實現(xiàn)解密，得到發(fā)送方的原文和數(shù)字簽名，再用發(fā)送方的公鑰來解密簽名。這個過程既保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，也避免了發(fā)送方可能出現(xiàn)的“假冒”風險。

5系統(tǒng)界面展示

多用戶位置共享及實時通信系統(tǒng)的主運行界面如圖5所示。界面中有5人正在進行位置共享，每個人在確認自己位置時也能看到其他用戶所處的位置。在一位用戶將目的點設(shè)置為圖書館后，系統(tǒng)將目的地在圖中隨即清晰標出，并為所有用戶都規(guī)劃出了一條到圖書館的路徑顯示在地圖上。界面的下半部分為用戶提供了聊天界面，用戶可以憑此與其他用戶實時交流互動。同時，最近的一條聊天信息也會在用戶的頭像上得到理想定位顯示。

6結(jié)束語

本系統(tǒng)采用了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法并結(jié)合了Android的平臺特性，是基于Android的多用戶位置共享、實時通信系統(tǒng)。本文對該系統(tǒng)的功能實現(xiàn)和重點設(shè)計給出了詳盡的研發(fā)論述。仿真表明，客戶端界面友好，交互性強，符合終端用戶的要求。在對系統(tǒng)進行多端測試后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度也符合預(yù)期設(shè)定，是一款滿足用戶特定需求的應(yīng)用軟件。